摘要：针对目前大多数生理参数监测设备存在体积大、价格高、功能单一等问题,本研究设计了一种既可采集血氧饱和度、心率、血压等多生理指标,又可采集运动姿态信号的可穿戴监测系统。系统以Arduino集成环境为开发平台,采用MAX30102光学传感器和MPU6050惯性传感器实现多生理参数及运动姿态的监测。经实验验证,该系统采集的生理指标数据与标定值相比,最大误差均在3.00%以内,表明系统可准确、稳定地采集人体生理参数和运动姿态数据。该系统体积小、成本低,在养老机构和家庭环境,具有广泛的应用前景。

摘要：气道阻抗的监测对肺功能疾病的准确评估及早期诊断具有重要临床价值。针对当前肺功能设备中振荡源系统体积大、功耗高等难以满足动态测量需求的问题,本研究采用可控呼气振荡与状态可视化反馈的新策略,设计了微型电磁振荡源、集成传感控制电路和动态反馈系统,开发了一种结构轻巧、功耗低及带可视化状态反馈的气道阻抗监测系统。呼吸阻抗测量实验及统计对比结果表明,该系统可实现稳定的5 Hz气道阻抗测量,呼吸系统阻抗(R和X)频谱曲线与临床肺功能仪IOS的频谱曲线均具有较为一致的变化趋势,其差值均小于1.1 cm H_(2)O·s/L;运动与静息状态组的呼吸阻抗R5差异有统计学意义,且呼吸电抗X5的波动幅值较大,表明本系统能测量气道阻力参数的动态变异性。因此,本研究开发的阻抗监测系统支持受试者可手持移动、较长时间段内连续测量气道阻抗的动态变化,为进一步开发低功耗、便携化甚至可穿戴的动态肺功能监测设备提供了研究基础。

摘要：超分子水凝胶作为生物材料已被广泛应用于医疗领域,但是因为其强度低和稳定性差,在应用于敷料、支架和药物载体时仍存有一定局限性。为了提高超分子水凝胶的力学性能,本研究设计了以透明质酸(HA)接枝β-环糊精(β-CD)和氧化石墨烯(GO)为主体聚合物,四臂聚乙二醇(PEG)接枝金刚烷(AD)为客体聚合物,利用环糊精和金刚烷官能团的主客体相互作用成功制备出了氧化石墨烯-透明质酸-聚乙二醇超分子水凝胶(GHCAP)。与未添加氧化石墨烯的透明质酸-聚乙二醇超分子水凝胶(HCAP)相比,GHCAP的弹性模量显著提高,并且在相同环境下GHCAP对菊苣酸药物的负载率达到43.38%。所构筑的超分子水凝胶GHCAP有望应用于组织敷料和药物载体等医用生物材料领域。

摘要：目的 从口内扫描点云模型上精确分割牙齿是计算机辅助牙科治疗中重要的任务,但存在手动执行耗时且烦琐的问题。近年来,计算机视觉领域涌现出一些端到端的方法实现三维形状分割。然而,大多数方法没有注意到口腔分割需要网络具有更加细粒度的感受野,因此分割精度仍然受到限制。为了解决该问题,设计了一个端到端的具有细粒度感受野的全自动牙齿分割网络——TRNet,用于在未加工的口内扫描点云模型上自动分割牙齿。方法 首先,TRNet使用了具有细粒度感受野的编码器,其基于多尺度融合从不同的尺度提取到更全面的口腔模型特征,并通过更适合口腔模型分割的细粒度分组查询半径以及具有相对坐标归一化的特征提取层来提升分割性能。其次,TRNet采用了基于层级连接的特征嵌入方式,网络学习到口腔模型中由各个局部区域到覆盖更大范围空间的关键特征,特征提取更全面,提升了网络的分割精度。同时,TRNet使用了基于软性注意力机制的特征融合方式,使网络更好地从融合特征中关注到口腔模型的关键信息。结果 使用由口内扫描仪获取的患者口内扫描点云模型数据集评估了TRNet。经过5折交叉验证的实验结果中,TRNet的总体准确率(overallaccuracy,OA)达到了97.015±0.096%,平均交并比(mean intersection over union,mIoU)达到了92.691±0.454%,显著优于现有方法。结论 实验结果表明,提出的具有细粒度感受野的多尺度融合口腔分割模型在口内扫描点云模型上取得了较好表现,提高了网络对于口腔模型的分割能力,使点云分割结果更准确。

摘要：呼吸率是呼吸功能的一个重要参数,实时监测呼吸率对发现和预防呼吸疾病有着重要意义。设计了一种基于电磁感应自驱动呼吸气流传感器的呼吸率监测系统,该系统将传感器置于口腔/鼻下通过监测呼吸气流的变化来监测人体的呼吸率。实验测得传感器在呼吸缓慢、呼吸正常、呼吸急促时周期分别为3.8,2.3,1.6 s,小于人呼吸周期时间(3~6 s),系统采用蓝牙通信技术传输数据,方便测试者移动。该系统实现了对人体呼吸率稳定、实时、准确的采集,为后续呼吸疾病的预防和诊断提供了一定的研究价值。

摘要：目的细胞定向迁移不仅受化学信号的调控,还受细胞外基质(ECM)的力学特性如刚度的影响。当组织遭受压力或拉伸时,ECM由于发生应变而产生应变能或残余应力。最新研究发现,这种应变能可以影响细胞黏附和骨架刚度,表明细胞能够感知此类力学信号。然而,应变能对细胞迁移的影响及其分子机制尚未明确。方法设计了一种基于PDMS的膜拉伸装置,能在保持PDMS膜表面刚度、表面张力、纤连蛋白丰度等不变的条件下,对其施加10%或20%的预拉伸。再将细胞培养在不同预应变水平的PDMS膜上。结果(1)在高预应变条件下,小鼠胚胎成纤维细胞(NIH/3T3)的展开面积增加,而丝状伪足的数量减少。此外,该条件下细胞迁移速度降低,并伴随整合素β1和黏着斑蛋白(vinculin)表达量的增加。(2)重要的是,当NIH/3T3或原代大鼠气道平滑肌细胞培养在具有梯度预应变的PDMS膜上时,两种细胞向更高预应变方向的迁移速度均有所增加。(3)通过si RNA技术降低NIH/3T3细胞的整合素β1或黏着斑蛋白表达后,其定向迁移速度明显受阻,突显了黏着斑在感受应变能中的关键作用。结论本研究不仅揭示了应变能在诱导细胞定向迁移中的作用,还为深入理解细胞如何响应ECM的刚度和应变能提供了新的视角,拓展了对细胞力学转导机制的认识。

摘要：大多数咪唑盐聚离子液体以线性聚合物的形式存在于抗菌材料中,将其制备成纳米颗粒形式可提高抗菌活性、降低细胞毒性。本研究采用乳液聚合法设计并制备了含咪唑盐聚离子液体的微凝胶,并将所制备的咪唑盐聚离子液体微凝胶与其相对应的线性聚合物进行对比。结果表明,微凝胶可有效提高聚合物的电负性,其对金黄色葡萄球菌的抑制率达到了99.8%,抗菌性能明显提高。本研究制备的含咪唑盐聚离子液体微凝胶具有高抗菌性以及低细胞毒性,可作为一种新型聚合物抗菌剂应用于生物医学材料中。